CN1046801A - 电影立体声解码及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造是对使用光学声带并按4-2-4方式编码的电影立体声信号加以解码处理的新方法。该方法的特征是：(1)解码矩阵不需移相，电路结构简单；(2)解码后把左、右声道的信号与中间，环境声道信号同时分别加以比较，得出控制信号再控制这四个声道的增益，使分离度达到使用要求；(3)次低音信号从解码后的左、中、右信号中分离出来，从而使放送普通电影，立体声电影和单、双声道的磁带、唱片节目均有低音扩展效果；(4)能对声音信号的幅度、频率分布、延续时间加以鉴别，把环境声信号识别出来，使放映普通电影时自动产生模拟环境声效果；(5)环境声道采用噪声门降噪无信号时能阻止各种频率的噪声通过。

Description

本发明创造涉及一种立体声电影使用的信号处理方法，它能对在光学声带上以4-2-4方式录制的立体声电影声音编码信号加以解码，并运用技术手段使相邻声道的分离度提高，以达到立体声的效果。

目前全世界约有8000家使用35mm影片的光学立体声电影院，均采用英国杜比（DOLBY）公司提出的4-2-4电影立体声制式。该制式在制片时把L（左）、C（中）、R（右）、S（环境声）四路立体声信号编码成L_T、R_T两路信号，以光学声带的形式录制在影片上;而在放映还音时，则通过解码处理器，把L_T、R_T两路信号还原成L、C、R、S四路信号。现有技术的上述编码、解码设备，基本上由杜比公司独家向全世界提供，我国也不例外。1988年上海电照技术研究所曾仿制成功杜比公司的解码处理器，但该产品从电路到外形结构均与杜比公司的CP55型解码器相同，主要元件亦为进口，技术上并无突破。目前杜比公司产品的解码方程式为：

式中的L′、C′、R′、S′分别代表解码电路输出的左、中、右、环境声道的输出信号，从上式可见，要将S′信号移相90°才能得到S信号。另外，杜比公司的产品处理环境声道与左、右声道间的分离度，需用专用的集成电路，不易普及;杜比公司从解码前的L_T、R_T信号分离次低音信号，放映普通单声道节目时没有低音扩展效果;同时杜比公司产品在供普通单声道电影时不能形成模拟环境声，故不能使观众得到较强烈的临场感;对环境声的降噪处理，杜比公司采用该公司用于民用录音机的B型降噪方式，只对高频噪声起作用。

本发明创造的目的在于避免上述现有技术中的不足之处提供一种对使用光学声带并按4-2-4方式编码的电影立体声信号加以解码处理的新方法、以达到解码矩阵不需移相，电路结构简单;提高4个声道分离度;无论放映普通电影、立体声电影和单、双声道磁带、唱片节目均有低音扩展效果;使放映普通电影时自动产生模拟环境声效果。

本发明创造的目的可以通过以下措施实现：对于使用光学声带并按4-2-4方式编码的电影立体声信号采用如下新的解码方程式：

从上式看出，信号不需要作移相处理。信号解码后，在分离度增强电路中，把L（左）、R（右）两信号与C（中）、S（环境）信号加以比较，得出控制信号去控制左、中、右、环境4个声道的增益，从而使环境声道与左、右声道间的分离度达到40分贝左右，中间声道与左、右声道间的分离度类似，满足使用要求，信号强的声道增益变大，信号弱的声道增益变小，从而削弱相邻声道间的串音;低音扩展电路中从解码后输出的左、中、右三路信号分离出次低音信号，从而使放送普通常规电影，立体声电影和单、双声道的磁带、唱片节目时均有低音扩展效果;在放映普通单声道电影时，能对声音的幅度大小，频率分布、延续时间等要素加以判断，从而把环境声信号识别出来，并自动送入环境声道，形成模拟环境声，使观众得到较强烈的临场感;采用“噪声门”方式降噪，无信号时，高、中、低频噪声均不能通过，得到安静的环境，降噪效果更好。

本发明创造的目的还可以通过以下措施实现：解码矩阵由运算放大器A₁、A₂和电阻R₁～R₈连接而成，其中：R₁＝R₂， (R₃+R₄)/(R₄) = $\sqrt{2}$ ，R₅＝

R₆，R₇＝

R₈。经过编码的L_TR_T信号在运算放大器A₁的同相输入端混合，A₁（含输入电路）的电压增益为 $\frac{\sqrt{2}}{2}$

，L_TR_T还分别输入到A₂的同相、反相输入端，A₂（含输入电路）的电压增益为 $\frac{\sqrt{2}}{2}$

，C′、S′信号分别在运算放大器A₁、A₂的输出端得到，L′、R′信号分别在L_T、R_T输入端取得。

分离度增强电路由主通道和控制通道两大部份组成。主通道是由4个增益可由外加电压控制的放大器组成，分别对左、中、右，环境4个声道进行放大。控制通道由对数放大器、整流器、直流放大器、比较器和控制放大器各4个组成。左、中、右、环境信号分别送入对数放大器，放大后再把输出信号整流、放大和相互比较，得出控制电压，控制主通道4个放大器的增益。上述增益控制对左、中、右、环境四个声道同时进行，控制量的大小以各声道之间输入信号幅度的相对差别（分贝数）为依据，控制方式是渐进式，各声道增益的变化量（分贝数）与输入信号大小的相对差别（分贝数）近似成正比。

低音扩展电路是通过三个截止频率为200赫的低通滤波器，分别从解码后的左、中、右输出端分离出低音信号，然后把它们混合在一起作为低音扩展信号输出，并且调节左、中、右三个声道的音量，以改变低音扩展信号的幅度。

环境处理电路由控制电路和模拟开关组成，控制电路用滤波器滤去语言占据的主要频段，对语言和环境声两者频率分布差异加以判别;调节控制放大器增益，使触发器翻转的触发电压与一定的信号电压相对应，进行幅度判别;用RC电路对触发器的输入电压加以积分，不让短暂的信号打开环境声道。利用RC电路的充放电特性，使触发器输出的控制信号以渐变的方式去控制模拟开关的开通或关断。

噪声门电路同样用控制电路和模拟开关构成，输入信号经控制电路放大、整流，产生触发电压去控制触发器，开通或关断模拟开关。改变控制放大器增益，使触发器翻转时的触发电压与一定的输入信号电压相对应，该电压值可以在额定输入信号电压的 1/10 到 1/30 之间选择。

附图的图面说明如下：

图1是本发明的原理方框图。

图2是本发明的解码矩阵电路图。

图3是本发明的分离度加强电路图。

图4是本发明的低音扩展电路图。

图5是本发明的模拟环境声电路图。

图6是本发明的噪声门电路图。

本发明创造下面将结合附图作进一步详述：如图1所示，本发明由解码电路（1）、分离度加强电路（2）、环境声处理电路（3）、输出放大电路（4）、低音扩展电路（5）及电源等电路组成。图2中，L_T、R_Υ信号接到解码电路（2）的输入端，经过R₁～R₈耦合连接到通用放大器A₁、A₂（其中：R₁＝R₂， (R₃+R₄)/(R₄) = $\sqrt{2}$ ，R₅＝

R₆，R₇＝

R₈），然后解码输出L′、C′、S′、R′信号，使L′＝L_T，C′＝ $\frac{\sqrt{2}}{2}$

，R′＝R_T， $\mathrm{S\prime =}\frac{\sqrt{2}}{2}{\mathrm{(L}}_T\mathrm{-R}{}_T)$

。解码输出的L′、R′、C′、S′信号分送入到图3中分离度加强电路（2）的主通道和控制通道，主通道由4个可控制信号增益的放大器K₁～K₄组成，分别放大L′、R′、C′、S′4个声道的信号，控制通道由对数放大器K₅～K₈、整流器D₁～D₄、直流放大器K₉～K₁₂比较器A₃～A₆、控制放大器A₇～A₁₀等组成。L′、R′、C′、S′信号分别送对数放大器K₅～K₈，压缩其动态范围，然后把输出信号整流，得出幅度随信号大小而变化的直流电压，再把L′、R′输出的直流电压混合后送去直流放大器K₉、K₁₁，C′输出的直流电压送去直流放大器K₁₀，S′输出的直流电压送去直流放大器K₁₂。按图3所示的相位和接法，直流放大器K₉、K₁₀的输出经比较器A₃、A₄比较，得出相反的控制信号，经控制放大器A₇、A₈放大后，去控制主通道放大器K₁、K₂、K₃的增益。这样只要L′或R′信号比C′强，主通道放大器K₁、K₂的增益便提高，放大器K₃的增益下降。如果C′比L′或R′强，情况则相反，从而大大提高了左、右声道与中央声道间的分离度。同理，直流放大器K₁₁、K₁₂的输出经比较器A₅、A₆和控制放大器A₉、A₁₀处理后，去控制主通道放大器K₁、K₂与K₄的增益，便达到提高左、右声道与环境声道间分离度的目的。图4是对各种信号均有低音扩展效果的实现方法，只要前方L、C、R三路输出信号中的任一路（放立体声电影时L、C、R均有输出，放普通电影时只有C输出，放立体磁带、唱片时只有L、R输出）具有次低音成份，便能被截止频率为200赫的低通滤波器C₁～C₃分离出来，混合后经低音放大器K₁₆放大，再推动专用扬声器重放，得到低音扩展效果。图5是产生模拟环境声的电路，它利用环境声与对白声在频率分布，信号幅度和延续时间上的差别，设置了区别这些特征的判别电路。当放映普通电影时，还音输出信号通过图5中的控制电路，如出现较强的环境效果声、音乐声，经过判别电路I_f、I_m、I_t便有输出，使触发器J₁翻转，模拟开关K_m1接通，还音信号便送入环境声道，产生模拟环境声效果。环境声或音乐消失时，模拟开关K_m1自动关闭，环境声道无信号输出。为了使环境声的开启与关闭较自然地实现，触发器J₁的输出电压经过一个渐变电路G去控制模拟开关K_m1，使环境声不致出现突变感。图6是利用噪声门来降低环境声道噪声的电路，它由模拟开关K_m2和控制电路两部份组成。当环境声信号出现时，信号在控制电路里经放大器A₁₁、整流器D₅，产生触发电压，使触发器J₂翻转，模拟开关K_m2开通，让信号通过环境声道。而无信号时，输入的噪声电压较低，不足以使触发器J₂翻转，模拟开关K_m2关断，噪声便不会进入环境声道。调节控制放大器A₁₁的增益，可使触发器J₂翻转时所需的触发电压与一定的信号电压相对应，从而既阻止了噪声进入，又不会防碍信号通过。

本发明创造比现有技术具有如下优点：（1）解码矩阵不需移相，电路结构简单;（2）提高了相邻声道间的分离度;（3）放送普通电影、立体声电影和单、双声道的磁带、唱片节目均有低音扩展效果;（4）放映普通电影时自动产生模拟环境声效果。

Claims (9)

1、一种适合4-2-4编码方式的电影立体声解码及处理方法，其特征在于：

A、解码方程式为：

B、分离度增强电路中L′(左)、R′(右)两信号不仅与C′(中)信号进行幅度比较。而且还与S′(环境)信号进行幅度比较，两种比较得出的控制信号分别用来控制有关声道放大器的增益，信号强的声道增益变大，信号弱的声道增益变小，从而削弱相邻声道间的串音；

C、低音扩展电路中，次低音信号从解码器的输出端L(左)、C(中)、R(右)取得；

D、放映普通单声道电影时，环境声处理电路对信号的幅度、频率分布、延续时间等特征加以鉴别，识别环境声，然后自动送入环境声道，产生模拟环境声；

E、环境声道采用噪声门电路降噪，没有环境声信号时，自动阻止该声道及其延时电路所产生的噪声通过。

2、根据权利要求1所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于解码矩阵由运算放大器A₁、A₂和电阻R₁～R₈连接而成，其中：R₁＝R₂， (R₃+R_a)/(R₄) = $\sqrt{2}$ ，R₅＝ $\sqrt{2}$ R₆，R₇＝

R₈。

3、根据权利要求2所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于L_T、R_T信号在运算放大器A₁的同相输入端混合，A₁（含输入电路）的电压增益为 $\frac{\sqrt{2}}{2}$ ，L_T、R_T还分别输入到A₂的同相、反相输入端，A₂（含输入电路）的电压增益为 $\frac{\sqrt{2}}{2}$ ，C′、S′信号分别在运算放大器A₁、A₂的输出端得到，L′、R′信号分别在L_T、R_T输入端取得。

4、根据权利要求1所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于分离度增强电路由主通道和控制通道两大部份组成，主通道是4个增益可由外加控制电压控制的放大器，分别放大左、中、右环境4个声道信号;控制通道由对数放大器、整流器、直流放大器、比较器和控制放大器各4个组成，L′、R′、C′、S′信号分别送入上述对数放大器，放大后再把输出信号整流、放大和相互比较，得出控制电压，控制主通道4个放大器的增益。

5、根据权利要求4所述的电影主体声解码及处理方法，其特征在于控制通道的控制，对左、中、右、环境4个声道同时进行，控制量以声道之间输入信号幅度的相对差别（分贝数）为依据，控制方式是渐进式，各声道增益的变化量（分贝数）与输入信号大小的相对差别（分贝数）近似成正比。

6、根据权利要求1所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于低音扩展电路是通过三个截止频率为200赫的低通滤波器，分别从解码后的L、C、R输出端分离出次低音信号，然后把它们混合在一起作为低音扩展信号输出，调节L、C、R三个声道的音量时，低音扩展信号的幅度也随之改变。

7、根据权利要求1所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于模拟环境声的处理电路由控制电路和模拟开关组成，控制电路用滤波器滤去语言占据的主要频段，对语言和环境声两者频率分布差异加以判别;调节控制放大器增益，使触发器翻转的触发电压与一定的信号电压相对应，进行幅度判别;用RC电路对触发器的输入电压加以积分，不让短暂的信号打开环境声道;利用RC电路的充放电特性，使触发器输出的控制信号以渐变的方式去控制模拟开关的开通或关断。

8、根据权利要求1所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于噪声门电路由控制电路和模拟开关组成，输入信号经控制电路放大、整流、产生触发电压去控制触发器，并开通或关断模拟开关。

9、根据权利要求8所述的电影立体声解码及处理方法，其特征在于改变控制放大器增益，使触发器翻转时的触发电压与一定的输入信号电压相对应，该电压值可在额定输入信号电压的 1/10 到 1/30 之间选择。

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